JP2024505841A - Negative electrode active material, negative electrode containing the same, secondary battery containing the same, and method for producing negative electrode active material - Google Patents

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Abstract

本発明は、負極活物質、これを含む負極、これを含む二次電池、および負極活物質の製造方法に関する。The present invention relates to a negative electrode active material, a negative electrode including the same, a secondary battery including the same, and a method for producing the negative electrode active material.

Description

本出願は、2021年8月13日付にて韓国特許庁に提出された韓国特許出願第10-2021-0107525号および2022年1月20日付にて韓国特許庁に提出された韓国特許出願第10-2022-0008564号の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本明細書に含まれる。 This application is based on Korean Patent Application No. 10-2021-0107525 filed with the Korean Patent Office on August 13, 2021 and Korean Patent Application No. 10 filed with the Korean Patent Office on January 20, 2022. 2022-0008564, the entire contents of which are incorporated herein.

本発明は、負極活物質、これを含む負極、これを含む二次電池、および負極活物質の製造方法に関する。 The present invention relates to a negative electrode active material, a negative electrode including the same, a secondary battery including the same, and a method for producing the negative electrode active material.

近年、携帯電話、ノート型パソコン、電気自動車など、電池を用いる電子器具の急速な普及に伴い、小型軽量でありながらも相対的に高容量である二次電池の需要が急速に増大している。特に、リチウム二次電池は、軽量、かつ、高エネルギー密度を有しており、携帯機器の駆動電源として脚光を浴びている。このため、リチウム二次電池の性能を向上させるための研究開発努力が活発に行われている。 In recent years, with the rapid spread of electronic devices that use batteries, such as mobile phones, notebook computers, and electric vehicles, the demand for secondary batteries, which are small and lightweight but have relatively high capacity, is rapidly increasing. . In particular, lithium secondary batteries are lightweight and have high energy density, and are attracting attention as a driving power source for portable devices. For this reason, active research and development efforts are being made to improve the performance of lithium secondary batteries.

一般に、リチウム二次電池は、正極、負極、前記正極と負極との間に介在するセパレータ、電解液、有機溶媒などを含む。また、正極および負極には、集電体上に正極活物質および負極活物質をそれぞれ含む活物質層が形成されることができる。一般に、前記正極にはLiCoO、LiMnなどのリチウム含有金属酸化物が正極活物質として用いられ、負極にはリチウムを含有しない炭素系活物質、シリコン系活物質が負極活物質として用いられている。 Generally, a lithium secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, an electrolyte, an organic solvent, and the like. Furthermore, active material layers containing a positive electrode active material and a negative electrode active material, respectively, can be formed on the current collectors of the positive electrode and the negative electrode. Generally, a lithium-containing metal oxide such as LiCoO 2 or LiMn 2 O 4 is used as a positive electrode active material for the positive electrode, and a carbon-based active material or a silicon-based active material that does not contain lithium is used as a negative electrode active material for the negative electrode. It is being

負極活物質のうちシリコン系活物質の場合、炭素系活物質に比べて高い容量を有し、優れた高速充電特性を有するという点で注目されている。しかし、シリコン系活物質は、充放電に応じた体積の膨張/収縮の程度が大きく、不可逆容量が大きいため、初期効率が低いという短所がある。 Among negative electrode active materials, silicon-based active materials are attracting attention because they have higher capacity and excellent high-speed charging characteristics than carbon-based active materials. However, silicon-based active materials have a drawback that initial efficiency is low because the volume expands/contracts to a large degree in response to charging and discharging, and has a large irreversible capacity.

一方、シリコン系活物質のうちシリコン系酸化物、具体的にはSiO(0<x<2)で表されるシリコン系酸化物の場合、シリコン(Si)などの他のシリコン系活物質と比べて充放電に応じた体積の膨張/収縮の程度が低いという点で長所がある。しかし、依然としてシリコン系酸化物も不可逆容量の存在により初期効率が低下するという短所がある。 On the other hand, among silicon-based active materials, silicon-based oxides, specifically silicon-based oxides represented by SiO It has the advantage that the degree of expansion/contraction of volume in response to charging and discharging is low. However, silicon-based oxides still have the disadvantage of lower initial efficiency due to the presence of irreversible capacitance.

これと関連し、シリコン系酸化物にLi、Al、Mgなどの金属をドープまたは挿入させることで不可逆容量を減少させ、初期効率を向上させようとする研究が続けられてきた。しかし、金属ドープされたシリコン系酸化物が負極活物質として含まれた負極スラリーの場合、金属がドープされて形成された金属酸化物が水分と反応して負極スラリーのpHを高め、粘度を変化させるという問題があり、このため、製造された負極の状態が不良になり、負極の充放電効率が低下するという問題がある。 In connection with this, research has continued in an attempt to reduce irreversible capacity and improve initial efficiency by doping or inserting metals such as Li, Al, and Mg into silicon-based oxides. However, in the case of a negative electrode slurry containing a metal-doped silicon-based oxide as a negative electrode active material, the metal oxide formed by doping the metal reacts with moisture to increase the pH of the negative electrode slurry and change its viscosity. Therefore, there is a problem that the state of the manufactured negative electrode becomes poor and the charge/discharge efficiency of the negative electrode decreases.

そこで、シリコン系酸化物を含む負極スラリーの相安定性を向上させ、それにより製造された負極の充放電効率を向上させることができる負極活物質の開発が必要となっている。 Therefore, there is a need to develop a negative electrode active material that can improve the phase stability of a negative electrode slurry containing a silicon-based oxide and thereby improve the charge/discharge efficiency of the manufactured negative electrode.

韓国登録特許第10-0794192号公報は、リチウム二次電池用の炭素被覆シリコン-黒鉛複合負極素材の製造方法およびこれを含む二次電池の製造方法に関するものであるが、前述した問題を解決するには限界がある。 Korean Patent No. 10-0794192 relates to a method of manufacturing a carbon-coated silicon-graphite composite negative electrode material for a lithium secondary battery and a method of manufacturing a secondary battery including the same, and solves the above-mentioned problems. has its limits.

韓国登録特許第10-0794192号公報Korean Registered Patent No. 10-0794192

本発明は、負極活物質、これを含む負極、これを含む二次電池、および負極活物質の製造方法に関する。 The present invention relates to a negative electrode active material, a negative electrode including the same, a secondary battery including the same, and a method for producing the negative electrode active material.

本発明の一実施態様は、SiO(0<x<2)およびLi化合物を含み、表面の少なくとも一部に炭素層が備えられたシリコン系粒子;および前記シリコン系粒子上の少なくとも一部に備えられたLiFを含む層を含み、X線光電子分光法(XPS)による分析時、O対比Fの原子比(F/O ratio)は0.45以上であり、C対比Fの原子比(F/C ratio)は0.5以下である、負極活物質を提供する。 One embodiment of the present invention provides silicon-based particles containing SiO x (0<x<2) and a Li compound and provided with a carbon layer on at least part of the surface; and at least part of the silicon-based particles. When analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the atomic ratio of F to O (F/O ratio) is 0.45 or more, and the atomic ratio of F to C (F/O ratio) is 0.45 or more. /C ratio) is 0.5 or less.

本発明の一実施態様は、SiO(0<x<2)およびLi化合物を含み、表面の少なくとも一部に炭素層が備えられたシリコン系粒子を形成するステップ;および前記シリコン系粒子とHF溶液を反応させ、前記シリコン系粒子上の少なくとも一部にLiFを含む層を形成するステップを含む、前記負極活物質の製造方法を提供する。 One embodiment of the present invention provides a step of forming silicon-based particles containing SiO x (0<x<2) and a Li compound and provided with a carbon layer on at least a portion of the surface; Provided is a method for producing the negative electrode active material, which includes the step of reacting a solution to form a layer containing LiF on at least a portion of the silicon-based particles.

本発明の一実施態様は、前記負極活物質を含む負極を提供する。 One embodiment of the present invention provides a negative electrode including the negative electrode active material.

本発明の一実施態様は、前記負極を含む二次電池を提供する。 One embodiment of the present invention provides a secondary battery including the negative electrode.

本発明の一実施態様による負極活物質は、シリコン系粒子にLiドープ時に形成されたリチウム副産物を効果的に除去して水系工程性を向上させるとともに、LiFを含む層をシリコン系粒子上に備えることで人工SEI被膜(Artificial SEI layer)として作用するようにして寿命性能を改善させることができる。また、粒子表面のO対比Fの原子比(F/O ratio)が0.45以上であり、C対比Fの原子比(F/C ratio)が0.5以下を満たすことで、水系工程性を顕著に改善させることができる。 A negative electrode active material according to an embodiment of the present invention effectively removes lithium by-products formed when silicon-based particles are doped with Li to improve water-based processability, and includes a layer containing LiF on the silicon-based particles. This allows it to act as an artificial SEI layer and improve life performance. In addition, the atomic ratio of F to O (F/O ratio) on the particle surface is 0.45 or more, and the atomic ratio of F to C (F/C ratio) is 0.5 or less to improve water-based processability. can be significantly improved.

したがって、本発明の一実施態様による負極活物質を含む負極および前記負極を含む二次電池は、電池の放電容量、初期効率、抵抗性能、および/または寿命特性が改善されるという効果がある。 Therefore, a negative electrode including a negative active material according to an embodiment of the present invention and a secondary battery including the negative electrode have the advantage that discharge capacity, initial efficiency, resistance performance, and/or life characteristics of the battery are improved.

以下、本明細書についてより詳細に説明する。 The present specification will be explained in more detail below.

本明細書において、ある部分がある構成要素を「含む」とする際、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいことを意味する。 In this specification, when a certain part is said to "include" a certain component, this does not mean that the other component is excluded, unless there is a specific statement to the contrary, but it does not mean that the other component may be further included. means.

本明細書において、ある部材が他の部材「上に」位置しているとする際、これは、ある部材が他の部材に接している場合だけでなく、二つの部材の間にまた他の部材が存在する場合も含む。 In this specification, when a member is referred to as being "on" another member, this refers not only to the case where the member is in contact with the other member, but also when the member is located between the two members or on the other member. This also includes cases where members are present.

本明細書で用いられている用語や単語は、通常的もしくは辞書的な意味に限定して解釈してはならず、発明者らは、自分の発明を最善の方法で説明するために、用語の概念を適切に定義することができるという原則に則って、本発明の技術的思想に合致する意味と概念で解釈すべきである。 The terms and words used herein are not to be construed as limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors have used the terminology to best describe their invention. In accordance with the principle that the concept can be appropriately defined, the meaning and concept should be interpreted in accordance with the technical idea of the present invention.

本明細書で用いられている用語の単数の表現は、文脈上、明らかに他を意味しない限り、複数の表現を含む。 As used herein, the singular terminology includes the plural terminology unless the context clearly dictates otherwise.

本明細書において、負極活物質中に含まれた構造の結晶性は、X線回折分析により確認することができ、X線回折分析は、XRD(X-ray diffraction)分析機器(製品名:D4-endavor、製造会社:bruker)を用いて行うことができ、前記機器の他にも当業界で用いられる機器を適宜採用することができる。 In this specification, the crystallinity of the structure contained in the negative electrode active material can be confirmed by X-ray diffraction analysis, and the X-ray diffraction analysis is performed using an XRD (X-ray diffraction) analysis device (product name: D4 -endervor, manufactured by Bruker), and in addition to the above-mentioned equipment, equipment used in the industry can be appropriately employed.

本明細書において、負極活物質中の元素の有無および元素の含量は、ICP分析により確認することができ、ICP分析は、誘導結合プラズマ発光分光分析装置(ICPAES、Perkin-Elmer 7300)を用いて行うことができる。 In this specification, the presence or absence of an element in the negative electrode active material and the content of the element can be confirmed by ICP analysis, and ICP analysis is performed using an inductively coupled plasma optical emission spectrometer (ICPAES, Perkin-Elmer 7300). It can be carried out.

本明細書において、平均粒径(D50)は、粒子の粒度分布曲線(粒度分布図のグラフ曲線)において、体積累積量の50%に該当する粒径と定義することができる。前記平均粒径(D50)は、例えば、レーザ回折法(laser diffraction method)を用いて測定することができる。前記レーザ回折法は、一般にサブミクロン(submicron)領域から数mm程度の粒径の測定が可能であり、高再現性および高分解性の結果を得ることができる。 In this specification, the average particle size (D 50 ) can be defined as the particle size corresponding to 50% of the cumulative volume in the particle size distribution curve (graph curve of a particle size distribution diagram) of particles. The average particle diameter (D 50 ) can be measured using, for example, a laser diffraction method. The laser diffraction method is generally capable of measuring particle sizes in the submicron range to several millimeters, and can provide results with high reproducibility and high resolution.

以下、本発明の好ましい実施態様について詳しく説明する。ただし、本発明の実施態様は種々の形態に変形されてもよく、本発明の範囲が以下に説明する実施態様に限定されるものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. However, the embodiments of the present invention may be modified into various forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.

<負極活物質>
本発明の一実施態様は、SiO(0<x<2)およびLi化合物を含み、表面の少なくとも一部に炭素層が備えられたシリコン系粒子;および前記シリコン系粒子上の少なくとも一部に備えられたLiFを含む層を含み、X線光電子分光法(XPS)による分析時、O対比Fの原子比(F/O ratio)は0.45以上であり、C対比Fの原子比(F/C ratio)は0.5以下である、負極活物質を提供する。
<Negative electrode active material>
One embodiment of the present invention provides silicon-based particles containing SiO x (0<x<2) and a Li compound and provided with a carbon layer on at least part of the surface; and at least part of the silicon-based particles. When analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the atomic ratio of F to O (F/O ratio) is 0.45 or more, and the atomic ratio of F to C (F/O ratio) is 0.45 or more. /C ratio) is 0.5 or less.

本発明の一実施態様による負極活物質は、シリコン系粒子を含む。前記シリコン系粒子は、SiO(0<x<2)およびLi化合物を含み、表面の少なくとも一部に炭素層が備えられてもよい。 A negative active material according to an embodiment of the present invention includes silicon-based particles. The silicon-based particles include SiO x (0<x<2) and a Li compound, and may include a carbon layer on at least a portion of the surface.

前記SiO(0<x<2)は、前記シリコン系粒子内でマトリックス(matrix)に該当してもよい。前記SiO(0<x<2)は、SiおよびSiOが含まれた形態であってもよく、前記Siは、相(phase)をなしてもよい。すなわち、前記xは、前記SiO(0<x<2)中に含まれたSiに対するOの個数比に該当する。前記シリコン系粒子が前記SiO(0<x<2)を含む場合、二次電池の放電容量が改善されることができる。 The SiO x (0<x<2) may correspond to a matrix within the silicon-based particles. The SiO x (0<x<2) may include Si and SiO 2 , and the Si may form a phase. That is, the x corresponds to the number ratio of O to Si contained in the SiO x (0<x<2). When the silicon-based particles include the SiO x (0<x<2), the discharge capacity of the secondary battery can be improved.

本発明の一実施態様において、前記シリコン系粒子は、Li化合物を含んでもよい。 In one embodiment of the present invention, the silicon-based particles may include a Li compound.

前記Li化合物は、前記シリコン系粒子内でマトリックス(matrix)に該当してもよい。前記Li化合物は、前記シリコン系粒子内でリチウム原子、リチウムシリケート、リチウムシリサイド、リチウム酸化物のうち少なくとも一つの形態で存在してもよい。前記シリコン系粒子がLi化合物を含む場合、初期効率が改善されるという効果がある。 The Li compound may correspond to a matrix within the silicon-based particles. The Li compound may exist in the silicon-based particles in the form of at least one of lithium atoms, lithium silicate, lithium silicide, and lithium oxide. When the silicon-based particles contain a Li compound, the initial efficiency is improved.

前記Li化合物は、前記シリコン系粒子にドープされた形態で、前記シリコン系粒子の表面および/または内部に分布してもよい。前記Li化合物は、シリコン系粒子の表面および/または内部に分布し、シリコン系粒子の体積の膨張/収縮を適したレベルに制御することができ、活物質の損傷を防止する役割を行うことができる。また、前記Li化合物は、シリコン系酸化物粒子の不可逆相(例えば、SiO)の割合を低くして活物質の効率を増加させるという面で含まれてもよい。 The Li compound may be doped into the silicon-based particles and distributed on the surface and/or inside the silicon-based particles. The Li compound is distributed on the surface and/or inside of the silicon-based particles, and can control the expansion/contraction of the volume of the silicon-based particles to an appropriate level, and can play a role in preventing damage to the active material. can. In addition, the Li compound may be included to reduce the proportion of an irreversible phase (eg, SiO 2 ) in the silicon-based oxide particles, thereby increasing the efficiency of the active material.

本発明の一実施態様において、Li化合物は、リチウムシリケートの形態で存在してもよい。前記リチウムシリケートは、LiSi(2≦a≦4、0<b≦2、2≦c≦5)で表され、結晶質リチウムシリケートと非晶質リチウムシリケートに区分することができる。前記結晶質リチウムシリケートは、前記シリコン系粒子内でLiSiO、LiSiO、およびLiSiからなる群より選択された少なくとも1種のリチウムシリケートの形態で存在してもよく、非晶質リチウムシリケートは、LiSi(2≦a≦4、0<b≦2、2≦c≦5)形態の複雑な構造(complex)からなってもよく、前記形態に限定されない。 In one embodiment of the invention, the Li compound may be present in the form of lithium silicate. The lithium silicate is represented by Li a Si b O c (2≦a≦4, 0<b≦2, 2≦c≦5), and can be classified into crystalline lithium silicate and amorphous lithium silicate. . The crystalline lithium silicate may exist in the silicon-based particles in the form of at least one lithium silicate selected from the group consisting of Li 2 SiO 3 , Li 4 SiO 4 , and Li 2 Si 2 O 5 . Often, amorphous lithium silicate may consist of a complex in the form of Li a Si b O c (2≦a≦4, 0<b≦2, 2≦c≦5), and the above-mentioned form but not limited to.

本発明の一実施態様において、前記負極活物質の総100重量部を基準として、Liは0.1重量部~40重量部、または0.1重量部~25重量部で含まれてもよい。具体的には1重量部~25重量部で含まれてもよく、より具体的には2重量部~20重量部で含まれてもよい。Liの含量が増えるにつれ、初期効率は増加するものの放電容量が減少するという問題があるため、前記範囲を満たす場合、適した放電容量および初期効率を実現することができる。 In one embodiment of the present invention, Li may be included in an amount of 0.1 parts by weight to 40 parts by weight, or 0.1 parts by weight to 25 parts by weight, based on a total of 100 parts by weight of the negative active material. Specifically, it may be contained in an amount of 1 part by weight to 25 parts by weight, and more specifically, in an amount of 2 parts by weight to 20 parts by weight. There is a problem that as the Li content increases, the initial efficiency increases but the discharge capacity decreases, so if the above range is satisfied, suitable discharge capacity and initial efficiency can be achieved.

前記Li元素の含量は、ICP分析により確認することができる。具体的に、負極活物質を一定量(約0.01g)分取した後、白金ルツボに移し、硝酸、フッ酸、硫酸を添加してホットプレートにて完全分解する。その後、誘導結合プラズマ発光分光分析装置(ICPAES、Perkin-Elmer 7300)を用いて、分析しようとする元素の固有波長において、標準溶液(5mg/kg)を用いて調製された標準液の強度を測定して基準検量線を作成する。その後、前処理された試料溶液および空試料を機器に導入し、それぞれの強度を測定して実際の強度を算出し、前記作成された検量線と対比して各成分の濃度を計算した後、全体の和が理論値となるように換算し、製造された負極活物質の元素の含量を分析することができる。 The content of the Li element can be confirmed by ICP analysis. Specifically, after a certain amount (about 0.01 g) of the negative electrode active material is collected, it is transferred to a platinum crucible, and nitric acid, hydrofluoric acid, and sulfuric acid are added thereto to completely decompose it on a hot plate. Then, using an inductively coupled plasma emission spectrometer (ICPAES, Perkin-Elmer 7300), measure the intensity of the standard solution prepared using the standard solution (5 mg/kg) at the characteristic wavelength of the element to be analyzed. Create a standard calibration curve. After that, the pretreated sample solution and blank sample are introduced into the device, the intensity of each is measured to calculate the actual intensity, and the concentration of each component is calculated by comparing it with the calibration curve created above. The content of the elements in the produced negative electrode active material can be analyzed by converting so that the total sum becomes the theoretical value.

本発明の一実施態様において、前記シリコン系粒子は、追加の金属原子を含んでもよい。前記金属原子は、前記シリコン系粒子内で金属原子、金属シリケート、金属シリサイド、金属酸化物のうち少なくとも一つの形態で存在してもよい。前記金属原子は、Mg、Li、Al、およびCaからなる群より選択される少なくとも一つを含んでもよい。これにより、前記負極活物質の初期効率が改善されることができる。 In one embodiment of the invention, the silicon-based particles may include additional metal atoms. The metal atoms may exist in the silicon-based particles in the form of at least one of metal atoms, metal silicate, metal silicide, and metal oxide. The metal atom may include at least one selected from the group consisting of Mg, Li, Al, and Ca. Accordingly, the initial efficiency of the negative electrode active material can be improved.

本発明の一実施態様によるシリコン系粒子は、表面の少なくとも一部に炭素層が備えられている。この際、前記炭素層は、表面の少なくとも一部、すなわち、粒子の表面に部分的に被覆されているか、または粒子の表面全部に被覆された形態であってもよい。前記炭素層により前記負極活物質に導電性が付与され、二次電池の初期効率、寿命特性、および電池の容量特性が向上することができる。 The silicon-based particles according to one embodiment of the present invention are provided with a carbon layer on at least a portion of the surface. At this time, the carbon layer may be in the form of covering at least a part of the surface, that is, partially covering the surface of the particle, or covering the entire surface of the particle. The carbon layer imparts conductivity to the negative electrode active material, and the initial efficiency, life characteristics, and capacity characteristics of the secondary battery can be improved.

本発明の一実施態様において、前記炭素層は、非晶質相を含む。 In one embodiment of the invention, the carbon layer includes an amorphous phase.

本発明の一実施態様において、前記炭素層は、非晶質炭素を含む。 In one embodiment of the invention, the carbon layer includes amorphous carbon.

また、前記炭素層は、結晶質炭素をさらに含んでもよい。 Moreover, the carbon layer may further contain crystalline carbon.

前記結晶質炭素は、前記負極活物質の導電性をさらに向上させることができる。前記結晶質炭素は、フラーレン、カーボンナノチューブ、およびグラフェンからなる群より選択される少なくとも一つを含んでもよい。 The crystalline carbon can further improve the conductivity of the negative electrode active material. The crystalline carbon may include at least one selected from the group consisting of fullerene, carbon nanotubes, and graphene.

前記非晶質炭素は、前記炭素層の強度を適切に維持させ、前記シリコン系粒子の膨張を抑制させることができる。前記非晶質炭素は、タール、ピッチ、およびその他の有機物からなる群より選択される少なくとも一つの炭化物、または炭化水素を化学気相蒸着法のソースとして用いて形成された炭素系物質であってもよい。 The amorphous carbon can appropriately maintain the strength of the carbon layer and suppress expansion of the silicon-based particles. The amorphous carbon is a carbon-based material formed using at least one carbide selected from the group consisting of tar, pitch, and other organic substances, or a hydrocarbon as a source of chemical vapor deposition. Good too.

前記その他の有機物の炭化物は、スクロース、グルコース、ガラクトース、フルクトース、ラクトース、マンノース、リボース、アルドヘキソース、またはケトヘキソースの炭化物およびこれらの組み合わせから選択される有機物の炭化物であってもよい。 The other carbonized organic substance may be a carbonized organic substance selected from sucrose, glucose, galactose, fructose, lactose, mannose, ribose, aldohexose, or ketohexose, and combinations thereof.

前記炭化水素は、置換もしくは非置換の脂肪族もしくは脂環式炭化水素、置換もしくは非置換の芳香族炭化水素であってもよい。前記置換もしくは非置換の脂肪族もしくは脂環式炭化水素の脂肪族もしくは脂環式炭化水素は、メタン、エタン、エチレン、アセチレン、プロパン、ブタン、ブテン、ペンタン、イソブタン、またはヘキサンなどであってもよい。前記置換もしくは非置換の芳香族炭化水素の芳香族炭化水素としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、スチレン、エチルベンゼン、ジフェニルメタン、ナフタレン、フェノール、クレゾール、ニトロベンゼン、クロロベンゼン、インデン、クマロン、ピリジン、アントラセン、またはフェナントレンなどが挙げられる。 The hydrocarbons may be substituted or unsubstituted aliphatic or alicyclic hydrocarbons, substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbons. The aliphatic or alicyclic hydrocarbon of said substituted or unsubstituted aliphatic or alicyclic hydrocarbon may be methane, ethane, ethylene, acetylene, propane, butane, butene, pentane, isobutane, or hexane, etc. good. The aromatic hydrocarbons of the substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbons include benzene, toluene, xylene, styrene, ethylbenzene, diphenylmethane, naphthalene, phenol, cresol, nitrobenzene, chlorobenzene, indene, coumaron, pyridine, anthracene, or phenanthrene. Examples include.

本発明の一実施態様において、前記炭素層は、前記負極活物質の総100重量部を基準として0.1重量部~50重量部、0.1重量部~30重量部、または0.1重量部~20重量部で含まれてもよい。より具体的に、0.5重量部~15重量部、1重量部~10重量部、または1重量部~5重量部で含まれてもよい。前記範囲を満たす場合、負極活物質の容量および効率の減少を防止することができる。 In one embodiment of the present invention, the carbon layer is 0.1 parts by weight to 50 parts by weight, 0.1 parts by weight to 30 parts by weight, or 0.1 parts by weight based on a total of 100 parts by weight of the negative electrode active material. % to 20 parts by weight. More specifically, it may be included in an amount of 0.5 parts to 15 parts by weight, 1 part to 10 parts by weight, or 1 part to 5 parts by weight. When the above range is satisfied, a decrease in the capacity and efficiency of the negative electrode active material can be prevented.

本発明の一実施態様において、前記炭素層の厚さは1nm~500nmであってもよく、具体的には5nm~300nmであってもよい。前記範囲を満たす場合、負極活物質の導電性が改善され、負極活物質の体積変化が容易に抑制され、電解液と負極活物質の副反応が抑制され、電池の初期効率および/または寿命が改善されるという効果がある。 In one embodiment of the present invention, the thickness of the carbon layer may be 1 nm to 500 nm, specifically 5 nm to 300 nm. When the above range is satisfied, the conductivity of the negative electrode active material is improved, the volume change of the negative electrode active material is easily suppressed, the side reaction between the electrolyte and the negative electrode active material is suppressed, and the initial efficiency and/or life of the battery is reduced. It has the effect of being improved.

具体的に、前記炭素層は、メタン、エタン、およびアセチレンからなる群より選択された少なくとも1種の炭化水素ガスを用いる化学気相蒸着法(CVD)により形成されてもよい。 Specifically, the carbon layer may be formed by chemical vapor deposition (CVD) using at least one hydrocarbon gas selected from the group consisting of methane, ethane, and acetylene.

本発明の一実施態様による負極活物質は、前記シリコン系粒子上の少なくとも一部に備えられたLiFを含む層を含む。 A negative active material according to an embodiment of the present invention includes a layer containing LiF provided on at least a portion of the silicon-based particles.

前記LiFを含む層は、表面に炭素層が備えられたシリコン系粒子上の少なくとも一部に被覆された形態であってもよい。すなわち、前記LiFを含む層は、粒子の表面に部分的に被覆されているか、または粒子の表面全部に被覆された形態であってもよい。前記LiFを含む層の形状としては、アイランド型(island type)または薄膜型などが挙げられるが、LiFを含む層の形状は、これに限定されない。 The layer containing LiF may be in the form of coating at least a portion of a silicon-based particle having a carbon layer on its surface. That is, the layer containing LiF may be partially coated on the surface of the particle, or may be coated on the entire surface of the particle. Examples of the shape of the layer containing LiF include an island type or a thin film type, but the shape of the layer containing LiF is not limited thereto.

前記LiFを含む層は、前記炭素層上の少なくとも一部に備えられてもよい。すなわち、前記LiFを含む層は、前記炭素層上に隣接して被覆され、SiO(0<x<2)およびLi化合物を含む粒子-炭素層-LiFを含む層の形態で備えられてもよい。 The layer containing LiF may be provided on at least a portion of the carbon layer. That is, the layer containing LiF may be coated adjacently on the carbon layer and provided in the form of particles containing SiO x (0<x<2) and Li compound-carbon layer-layer containing LiF. good.

前記LiFを含む層は、前記SiO(0<x<2)およびLi化合物を含む粒子表面中の炭素層が備えられていない領域上に備えられてもよい。すなわち、前記LiFを含む層は、前記SiO(0<x<2)およびLi化合物を含む粒子上に隣接して被覆され、SiO(0<x<2)およびLi化合物を含む粒子-LiFを含む層の形態で備えられてもよい。 The layer containing LiF may be provided on a region in the surface of the particle containing the SiO x (0<x<2) and the Li compound that is not provided with a carbon layer. That is, the layer containing LiF is coated adjacently on the particles containing SiO x (0<x<2) and a Li compound, and the layer containing LiF It may be provided in the form of a layer containing.

前記LiFを含む層は、LiFからなるLiF層であってもよい。または、前記LiFを含む層は、LiFを主に含み、LiFの他に、リチウム化合物などの不純物などが微量含まれていてもよい。 The layer containing LiF may be a LiF layer made of LiF. Alternatively, the layer containing LiF mainly contains LiF, and may also contain a trace amount of impurities such as a lithium compound in addition to LiF.

前記負極活物質にLiFが含まれるか否かは、X線回折分析法(XRD)またはX線光電子分析法(XPS)により確認することができる。 Whether or not the negative electrode active material contains LiF can be confirmed by X-ray diffraction analysis (XRD) or X-ray photoelectron analysis (XPS).

本発明の一実施態様において、前記LiFを含む層は、LiO、LiOH、およびLiCOからなる群より選択された1以上のリチウム化合物とHFの反応により形成されてもよい。形成されたLiFは、粒子の表面に均一に形成され、優先的にリチウム副産物の表面(上部)に層を形成して水とリチウム化合物の反応を容易に遮断し、電池の駆動時、人工SEI被膜(Artificial SEI layer)として作用して寿命性能が改善されるという効果がある。 In one embodiment of the present invention, the layer containing LiF may be formed by a reaction between HF and one or more lithium compounds selected from the group consisting of Li 2 O, LiOH, and Li 2 CO 3 . The formed LiF is uniformly formed on the surface of the particles and preferentially forms a layer on the surface (upper part) of the lithium byproduct to easily block the reaction between water and lithium compounds, and when the battery is operated, artificial SEI It has the effect of improving life performance by acting as an artificial SEI layer.

具体的に、前記LiFを含む層は、シリコン系粒子を製造した後、シリコン系粒子または炭素層の表面近くに残っているリチウム化合物、すなわち、リチウム副産物をHFで酸処理して形成されてもよい。 Specifically, the layer containing LiF may be formed by acid-treating a lithium compound, that is, a lithium byproduct, remaining near the surface of the silicon-based particles or carbon layer with HF after manufacturing the silicon-based particles. good.

本発明の一実施態様において、前記リチウム化合物は、LiO、LiOH、およびLiCOからなる群より選択された1以上であってもよい。 In one embodiment of the present invention, the lithium compound may be one or more selected from the group consisting of Li 2 O, LiOH, and Li 2 CO 3 .

前記リチウム化合物とHFが反応する場合、下記式(1)~(3)のうち1以上の反応によりLiFを含む層が生成されてもよい。
(1)LiOH+HF→LiF+H
(2)LiO+2HF→2LiF+H
(3)LiCO+2HF→2LiF+HCO
When the lithium compound and HF react, a layer containing LiF may be generated by one or more reactions among the following formulas (1) to (3).
(1) LiOH+HF→LiF+ H2O
(2) Li2O +2HF→2LiF+ H2O
( 3) Li2CO3 + 2HF →2LiF+ H2CO3

上記のように生成されたLiFを含む層は、水によく溶けないため、水系スラリーにおいてシリコン系粒子を効率的にパッシベーション(passivation)することができ、シリコン系粒子に含まれたLi化合物が溶出するのを防止して水系工程性が改善されるという効果がある。また、LiFを含む層は、電池の駆動時、人工SEI被膜(Artificial SEI layer)として作用して電池の寿命性能を改善させるという効果がある。 Since the layer containing LiF generated as described above does not dissolve well in water, it can efficiently passivate silicon-based particles in an aqueous slurry, and Li compounds contained in silicon-based particles are eluted. This has the effect of preventing water-based process from occurring and improving aqueous processability. In addition, the layer containing LiF acts as an artificial SEI layer during operation of the battery, thereby improving the life performance of the battery.

本発明において、前記負極活物質表面の元素の含量および原子比は、XPS(Nexsa ESCA System、Thermo Fisher Scientific(ESCA-02))により確認することができる。 In the present invention, the content and atomic ratio of elements on the surface of the negative electrode active material can be confirmed by XPS (Nexsa ESCA System, Thermo Fisher Scientific (ESCA-02)).

具体的に、各試料に対してサーベイスキャンスペクトル(survey scan spectrum)およびナロースキャンスペクトル(narrow scan spectrum)を得た後、深さプロファイル(depth profile)を行いつつ、サーベイスキャンスペクトルおよびナロースキャンスペクトルを得ることができる。深さプロファイル(depth profile)は単原子Arイオン(Monatomic Ar ion)を用いて3000秒まで行うことができ、測定およびデータ処理(data processing)条件は下記のとおりである。 Specifically, after obtaining a survey scan spectrum and a narrow scan spectrum for each sample, the survey scan spectrum and narrow scan spectrum were obtained while performing a depth profile. Obtainable. The depth profile can be performed for up to 3000 seconds using monatomic Ar ions, and the measurement and data processing conditions are as follows.

-X線源(X-ray source):Monochromated Al K α(1486.6eV)
-X線スポットサイズ(X-ray spot size):400μm
-スパッタリングガン(Sputtering gun):Monatomic Ar(energy:1000eV、current:low、raster width:2mm)
-エッチング速度(Etching rate):0.09nm/s for Ta
-操作モード(Operation Mode):CAE(Constant Analyzer Energy) mode
-サーベイスキャン(Survey scan):pass energy 200eV、energy step 1eV
-ナロースキャン(Narrow scan):scanned mode、pass energy 50eV、energy step 0.1eV
-電荷補償(Charge compensation):flood gun off
-SF:Al THERMO1
-ECF:TPP-2M
-BGサブトラクション(BG subtraction):Shirley
-X-ray source: Monochromated Al K α (1486.6eV)
-X-ray spot size: 400μm
- Sputtering gun: Monatomic Ar (energy: 1000eV, current: low, raster width: 2mm)
-Etching rate: 0.09nm/s for Ta 2 O 5
- Operation Mode: CAE (Constant Analyzer Energy) mode
-Survey scan: pass energy 200eV, energy step 1eV
-Narrow scan: scanned mode, pass energy 50eV, energy step 0.1eV
-Charge compensation: flood gun off
-SF:Al THERMO1
-ECF:TPP-2M
-BG subtraction: Shirley

本発明の一実施態様において、前記X線光電子分光法(XPS)の深さプロファイル(Depth profile)は、Monochromated Al K αのX線源(X-ray source)下で、0.09nm/sで3000秒まで行って測定することができる。 In one embodiment of the present invention, the depth profile of the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is 0.09 nm/s under an X-ray source of Monochromated Al K α. Measurements can be made for up to 3000 seconds.

本発明の一実施態様において、前記負極活物質のX線光電子分光法(XPS)による分析時、O対比Fの原子比(F/O比(F/O ratio))は0.45以上である。具体的に、0.48以上、0.55以上、0.6以上、または0.7以上であってもよく、20以下、15以下、10以下、5以下、3以下、2以下、1.5以下、または1.2以下であってもよい。 In one embodiment of the present invention, when the negative electrode active material is analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the atomic ratio of F to O (F/O ratio) is 0.45 or more. . Specifically, it may be 0.48 or more, 0.55 or more, 0.6 or more, or 0.7 or more, 20 or less, 15 or less, 10 or less, 5 or less, 3 or less, 2 or less, 1. It may be 5 or less, or 1.2 or less.

本発明の一実施態様において、前記負極活物質のX線光電子分光法(XPS)による分析時、C対比Fの原子比(F/C比(F/C ratio))は0.5以下である。具体的に、0.4以下、0.3以下、0.25以下、または0.22以下であってもよく、0超過、0.05以上、0.08以上、または0.1以上であってもよい。 In one embodiment of the present invention, when the negative electrode active material is analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the atomic ratio of F to C (F/C ratio) is 0.5 or less. . Specifically, it may be 0.4 or less, 0.3 or less, 0.25 or less, or 0.22 or less, and it may be more than 0, 0.05 or more, 0.08 or more, or 0.1 or more. You can.

前記F/O比(F/O ratio)およびF/C比(F/C ratio)を満たす場合、シリコン系粒子上にLiFの被覆が均一になり、粒子被覆率が高くなってパッシベーション効果が増加し、リチウム副産物を容易に除去するとともにリチウム副産物の露出を容易に防止することができるため、水系工程性が効率的に改善され、電池の容量、効率、および/または寿命性能が改善されるという効果がある。 When the above F/O ratio and F/C ratio are satisfied, the LiF coating becomes uniform on the silicon particles, the particle coverage increases, and the passivation effect increases. lithium by-products can be easily removed and exposure of lithium by-products can be easily prevented, thereby effectively improving water-based processability and improving battery capacity, efficiency, and/or life performance. effective.

これに対し、負極活物質がF/O比(F/O ratio)および/またはF/C比(F/C ratio)を満たさない場合、粒子被覆率が低く、LiFが部分的に厚く形成されて粒子のパッシベーションが容易ではなく、リチウム副産物が容易に露出するため、水系工程性が劣悪になり、これにより、電池の特性も低下するという問題がある。 On the other hand, when the negative electrode active material does not satisfy the F/O ratio and/or the F/C ratio, the particle coverage is low and LiF is partially formed thickly. However, since passivation of particles is not easy and lithium by-products are easily exposed, aqueous processing properties are poor, and battery characteristics are also deteriorated.

したがって、負極活物質のF/O比(F/O ratio)およびF/C比(F/C ratio)が前述した範囲を満たす場合に最適な電池特性を示すことができる。 Therefore, optimal battery characteristics can be exhibited when the F/O ratio and F/C ratio of the negative electrode active material satisfy the above ranges.

本発明の一実施態様において、前記負極活物質のX線光電子分光法(XPS)による分析時、総元素100at%を基準として、Fは0.1at%~0.3at%であってもよい。 In one embodiment of the present invention, when the negative electrode active material is analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), F may be 0.1 at% to 0.3 at% based on 100 at% of the total elements.

本発明の一実施態様において、前記負極活物質のX線光電子分光法(XPS)による分析時、総元素100at%を基準として、Oは5at%~14at%または8at%~13.5at%であってもよい。 In one embodiment of the present invention, when the negative electrode active material is analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), O is 5 at% to 14 at% or 8 at% to 13.5 at% based on 100 at% of the total elements. You can.

本発明の一実施態様において、前記負極活物質のX線光電子分光法(XPS)による分析時、総元素100at%を基準として、Cは50at%~65at%または55at%~61at%であってもよい。 In one embodiment of the present invention, when the negative electrode active material is analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), C may be 50 at% to 65 at% or 55 at% to 61 at% based on 100 at% of the total elements. good.

本発明の一実施態様において、前記負極活物質のX線光電子分光法(XPS)による分析時、総元素100at%を基準として、Siは6at%~8at%または7at%~8at%であってもよい。 In one embodiment of the present invention, when analyzing the negative electrode active material by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Si may be 6 at% to 8 at% or 7 at% to 8 at% based on 100 at% of the total elements. good.

本発明の一実施態様において、前記負極活物質のX線光電子分光法(XPS)による分析時、総元素100at%を基準として、Liは10at%~25at%または10at%~20at%であってもよい。 In one embodiment of the present invention, when analyzing the negative electrode active material by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Li may be 10 at% to 25 at% or 10 at% to 20 at% based on 100 at% of the total elements. good.

本発明の一実施態様において、負極活物質の総100重量部を基準として、LiFを含む層は、0.5重量部以上5重量部以下で含まれてもよい。具体的に、0.7重量部以上、0.8重量部以上で含まれてもよく、4重量部以下、3重量部以下、または2.5重量部以下で含まれてもよい。 In one embodiment of the present invention, the layer containing LiF may be included in an amount of 0.5 parts by weight or more and 5 parts by weight or less based on a total of 100 parts by weight of the negative electrode active material. Specifically, it may be contained in an amount of 0.7 parts by weight or more, 0.8 parts by weight or more, or 4 parts by weight or less, 3 parts by weight or less, or 2.5 parts by weight or less.

本発明の一実施態様において、負極活物質の総100重量部を基準として、LiFは、0.5重量部以上5重量部以下で含まれてもよい。具体的に、0.7重量部以上、0.8重量部以上で含まれてもよく、4重量部以下、3重量部以下、または2.5重量部以下で含まれてもよい。 In one embodiment of the present invention, LiF may be included in an amount of 0.5 parts by weight or more and 5 parts by weight or less based on a total of 100 parts by weight of the negative electrode active material. Specifically, it may be contained in an amount of 0.7 parts by weight or more, 0.8 parts by weight or more, or 4 parts by weight or less, 3 parts by weight or less, or 2.5 parts by weight or less.

LiFの含量が前記範囲を満たす場合、リチウム副産物の表面(上部)に層を十分に形成して水とリチウム化合物の反応を容易に遮断し、電池の駆動時、人工SEI被膜(Artificial SEI layer)として作用して寿命性能が改善されるという効果がある。 When the LiF content satisfies the above range, a layer is sufficiently formed on the surface (upper part) of the lithium by-product to easily block the reaction between water and the lithium compound, forming an artificial SEI layer during battery operation. This has the effect of improving life performance by acting as a

これに対し、LiFが0.5重量部未満で含まれる場合、LiFの含量が過度に少ないため、粒子を適切にパッシベーションすることができず、リチウム副産物が水分と反応して水系工程性が劣悪になるという問題がある。 On the other hand, when LiF is contained in an amount less than 0.5 parts by weight, the LiF content is too small and the particles cannot be properly passivated, and the lithium by-products react with moisture, resulting in poor water-based processability. There is a problem with becoming.

本発明の一実施態様において、前記シリコン系粒子とLiFを含む層との間にリチウム化合物(リチウム副産物)が存在してもよい。 In one embodiment of the present invention, a lithium compound (lithium byproduct) may be present between the silicon-based particles and the layer containing LiF.

具体的に、前記リチウム化合物(副産物)は、シリコン系粒子を製造した後、シリコン系粒子または炭素層の表面近くに残っているリチウム化合物を意味し得る。前述したように酸処理工程以後にも、酸と反応しなかったリチウム副産物が残り得る。 Specifically, the lithium compound (byproduct) may refer to a lithium compound remaining near the surface of the silicon-based particles or the carbon layer after the silicon-based particles are manufactured. As described above, even after the acid treatment step, lithium by-products that have not reacted with the acid may remain.

前記リチウム化合物は、LiO、LiOH、およびLiCOからなる群より選択された1以上を含んでもよい。前述した反応のようにリチウム化合物とHFが反応してLiFを含む層を形成することになり、HFと反応せずに残ったリチウムにより生成されたリチウム化合物(リチウム副産物)がシリコン系粒子とLiFを含む層との間に存在してもよい。 The lithium compound may include one or more selected from the group consisting of Li 2 O, LiOH, and Li 2 CO 3 . As in the reaction described above, the lithium compound and HF react to form a layer containing LiF, and the lithium compound (lithium by-product) generated by the lithium that remained without reacting with HF reacts with silicon-based particles and LiF. It may exist between a layer containing.

前記シリコン系粒子とLiFを含む層との間にリチウム化合物が存在するか否かは、X線回折分析法(XRD)またはX線光電子分析法(XPS)により確認することができる。 Whether or not a lithium compound exists between the silicon-based particles and the layer containing LiF can be confirmed by X-ray diffraction analysis (XRD) or X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).

前記リチウム化合物(副産物)は、負極活物質の総100重量部を基準として5重量部以下で含まれてもよい。具体的に、0.01重量部~5重量部、0.05重量部~2重量部、または0.1重量部~1重量部で含まれてもよい。より具体的に、0.1重量部~0.8重量部、または0.1重量部~0.5重量部で含まれてもよい。リチウム副産物の含量が前記範囲を満たす場合、スラリー中の副反応を減らすことができ、粘度変化を低くして水系工程性特性を改善させることができる。これに対し、前記範囲よりもリチウム副産物の含量が高い場合、スラリーの形成時に塩基性を示し、これにより副反応が発生するかまたは粘度が変化し、水系工程性問題が発生するという問題がある。 The lithium compound (byproduct) may be included in an amount of 5 parts by weight or less based on a total of 100 parts by weight of the negative active material. Specifically, it may be included in an amount of 0.01 parts by weight to 5 parts by weight, 0.05 parts by weight to 2 parts by weight, or 0.1 parts by weight to 1 part by weight. More specifically, it may be included in an amount of 0.1 part by weight to 0.8 part by weight, or 0.1 part by weight to 0.5 part by weight. When the content of the lithium byproduct satisfies the above range, side reactions in the slurry can be reduced, viscosity change can be reduced, and aqueous processing properties can be improved. On the other hand, if the content of lithium byproducts is higher than the above range, the slurry becomes basic when formed, which may cause side reactions or change the viscosity, causing problems in water-based processing. .

前記リチウム化合物(副産物)の含量は、滴定器を用いて前記負極活物質を含む水溶液をHCl溶液で滴定する過程で、pHが変わる特定の区間におけるHCl溶液の量を測定した後、リチウム副産物の量を計算することができる。 The content of the lithium compound (byproduct) is determined by measuring the amount of the HCl solution in a specific period where the pH changes during the titration process of the aqueous solution containing the negative electrode active material with an HCl solution using a titrator. Able to calculate quantities.

前記負極活物質の平均粒径(D50)は0.1μm~30μmであってもよく、具体的には1μm~20μmであってもよく、より具体的には1μm~10μmであってもよい。前記範囲を満たす場合、充放電時の活物質の構造的安定を図り、粒径が過度に大きくなることで体積の膨張/収縮レベルも大きくなる問題を防止し、粒径が過度に低くなることで初期効率が減少する問題を防止することができる。 The average particle diameter (D 50 ) of the negative electrode active material may be 0.1 μm to 30 μm, specifically 1 μm to 20 μm, and more specifically 1 μm to 10 μm. . When the above range is satisfied, the active material is structurally stabilized during charging and discharging, and the problem of volume expansion/contraction level being increased due to excessively large particle size is prevented, and the particle size is not excessively low. This can prevent the problem of decreasing initial efficiency.

<負極活物質の製造方法>
本発明の一実施態様は、SiO(0<x<2)およびLi化合物を含み、表面の少なくとも一部に炭素層が備えられたシリコン系粒子を形成するステップ;および前記シリコン系粒子とHF溶液を反応させ、前記シリコン系粒子上の少なくとも一部にLiFを含む層を形成するステップを含む、前記負極活物質の製造方法を提供する。
<Method for manufacturing negative electrode active material>
One embodiment of the present invention provides a step of forming silicon-based particles containing SiO x (0<x<2) and a Li compound and provided with a carbon layer on at least a portion of the surface; Provided is a method for producing the negative electrode active material, which includes the step of reacting a solution to form a layer containing LiF on at least a portion of the silicon-based particles.

前記シリコン系粒子は、Si粉末およびSiO粉末を真空で加熱して気化させた後、前記気化した混合気体を蒸着させて予備粒子を形成するステップ;形成された予備粒子の表面に炭素層を形成させるステップ;および前記炭素層が形成された予備粒子とLi粉末を混合した後に熱処理するステップにより形成されてもよい。 The silicon-based particles are produced by heating Si powder and SiO 2 powder in a vacuum to vaporize them, and then depositing the vaporized gas mixture to form preliminary particles; forming a carbon layer on the surface of the formed preliminary particles; and a step of mixing the preliminary particles on which the carbon layer is formed with Li powder and then heat-treating the mixture.

具体的に、前記Si粉末およびSiO粉末の混合粉末は、真空下で、1300℃~1800℃、1400℃~1800℃、または1400℃~1600℃で熱処理してもよい。 Specifically, the mixed powder of Si powder and SiO 2 powder may be heat-treated at 1300° C. to 1800° C., 1400° C. to 1800° C., or 1400° C. to 1600° C. under vacuum.

形成された予備粒子は、SiOの形態を有してもよい。 The pre-particles formed may have the form of SiO.

前記炭素層は、炭化水素ガスを用いる化学気相蒸着法(CVD)を用いるか、または炭素源(carbon source)となる物質を炭化させる方法により形成されてもよい。 The carbon layer may be formed by using a chemical vapor deposition (CVD) method using hydrocarbon gas, or by carbonizing a material serving as a carbon source.

具体的に、形成された予備粒子を反応炉に投入した後、炭化水素ガスを600~1200℃で化学気相蒸着(CVD)して形成してもよい。前記炭化水素ガスは、メタン、エタン、プロパン、およびアセチレンからなる群より選択された少なくとも1種の炭化水素ガスであってもよく、900℃~1000℃で熱処理してもよい。 Specifically, the formed preliminary particles may be introduced into a reactor and then subjected to chemical vapor deposition (CVD) using hydrocarbon gas at 600 to 1200°C. The hydrocarbon gas may be at least one hydrocarbon gas selected from the group consisting of methane, ethane, propane, and acetylene, and may be heat-treated at 900°C to 1000°C.

炭素層が形成された予備粒子とLi粉末を混合した後に熱処理するステップは、700℃~900℃で4時間~6時間行われてもよく、具体的には800℃で5時間行われてもよい。 The heat treatment step after mixing the preliminary particles on which the carbon layer is formed and the Li powder may be performed at 700° C. to 900° C. for 4 hours to 6 hours, and specifically, may be performed at 800° C. for 5 hours. good.

前記シリコン系粒子は、前述したLi化合物として、Liシリケート、Liシリサイド、またはLi酸化物などを含んでもよい。 The silicon-based particles may include Li silicate, Li silicide, Li oxide, or the like as the Li compound described above.

前記シリコン系粒子の粒度は、ボールミル(ball mill)、ジェットミル(jet mill)、または空気分級のような方法により粒度を調節することができ、これに限定されない The particle size of the silicon-based particles may be controlled by methods such as, but not limited to, a ball mill, a jet mill, or air classification.

上記のように炭素層が備えられたシリコン系粒子表面の少なくとも一部には、リチウム化合物(リチウム副産物)が備えられる。具体的に、前記SiO(0<x<2)を含む予備粒子を形成し、前記予備粒子上に炭素層を形成した後、Liをドープして前述したシリコン系粒子を製造する過程で、シリコン系粒子の表面近くにリチウム化合物、すなわち、未反応のリチウムにより形成されたリチウム副産物が残っていることになる。 A lithium compound (lithium byproduct) is provided on at least a portion of the silicon-based particle surface provided with the carbon layer as described above. Specifically, in the process of forming preliminary particles containing the SiO x (0<x<2), forming a carbon layer on the preliminary particles, and doping with Li to manufacture the silicon-based particles, A lithium compound, that is, a lithium byproduct formed by unreacted lithium, remains near the surface of the silicon-based particles.

本発明の一実施態様において、前記負極活物質の製造方法は、前記シリコン系粒子とHF溶液を反応させ、前記シリコン系粒子上の少なくとも一部にLiFを含む層を形成するステップを含む。 In one embodiment of the present invention, the method for producing the negative electrode active material includes the step of reacting the silicon-based particles with an HF solution to form a layer containing LiF on at least a portion of the silicon-based particles.

具体的に、前記未反応のリチウム化合物による副反応を抑制するために、前記シリコン系粒子上の少なくとも一部にLiFを含む層を形成するステップを行ってもよい。 Specifically, in order to suppress side reactions caused by the unreacted lithium compound, a step of forming a layer containing LiF on at least a portion of the silicon-based particles may be performed.

形成されたLiFは、優先的にリチウム副産物の表面(上部)に層を形成して水とリチウム化合物の反応を容易に遮断し、電池の駆動時、人工SEI被膜(Artificial SEI layer)として作用して寿命性能が改善されるという効果がある。 The formed LiF preferentially forms a layer on the surface (top) of the lithium byproduct to easily block the reaction between water and lithium compounds, and acts as an artificial SEI layer when the battery is operated. This has the effect of improving life performance.

本発明の一実施態様において、前記シリコン系粒子とHF溶液を反応させ、前記シリコン系粒子上の少なくとも一部にLiFを含む層を形成するステップは、前記シリコン系粒子上の少なくとも一部に備えられたリチウム化合物とHF溶液を反応させるステップを含む。 In one embodiment of the present invention, the step of forming a layer containing LiF on at least a portion of the silicon-based particles by reacting the silicon-based particles with an HF solution may include forming a layer containing LiF on at least a portion of the silicon-based particles. the lithium compound and the HF solution.

具体的に、前記LiFを含む層は、前記シリコン系粒子上の少なくとも一部に備えられたリチウム化合物とHF溶液を反応させて形成させてもよい。 Specifically, the layer containing LiF may be formed by reacting a lithium compound provided on at least a portion of the silicon-based particles with an HF solution.

前記LiFを含む層は、前述したシリコン系粒子の形成時、予備粒子(SiO)と反応しなかったリチウムによるリチウム化合物(LiO、LiOH、およびLiCO)とHFの反応により形成されてもよい。 The layer containing LiF is formed by the reaction of HF with lithium compounds (Li 2 O, LiOH, and Li 2 CO 3 ) caused by lithium that did not react with the preliminary particles (SiO) during the formation of the silicon-based particles described above. You can.

前記リチウム化合物とHF溶液が反応する場合、下記式(1)~(3)のうち1以上の反応によりLiFを含む層が生成されてもよい。
(1)LiOH+HF→LiF+H
(2)LiO+2HF→2LiF+H
(3)LiCO+2HF→2LiF+HCO
When the lithium compound and the HF solution react, a layer containing LiF may be generated by one or more reactions among the following formulas (1) to (3).
(1) LiOH+HF→LiF+ H2O
(2) Li2O +2HF→2LiF+ H2O
( 3) Li2CO3 + 2HF →2LiF+ H2CO3

前記HF溶液は0.03M~0.3Mであってもよく、具体的には0.05M~0.2Mであってもよい。 The HF solution may have a concentration of 0.03M to 0.3M, specifically 0.05M to 0.2M.

前記シリコン系粒子とHF溶液は、1:1~1:10の重量比で混合されてもよく、具体的には1:5~1:10の重量比で混合されてもよい。 The silicon-based particles and the HF solution may be mixed in a weight ratio of 1:1 to 1:10, more specifically, in a weight ratio of 1:5 to 1:10.

前記シリコン系粒子とHF溶液の混合後、200℃~500℃で熱処理してもよく、具体的には250℃~350℃で熱処理してもよい。 After mixing the silicon-based particles and the HF solution, heat treatment may be performed at 200°C to 500°C, specifically, heat treatment may be performed at 250°C to 350°C.

上記のようにLiFを含む層がリチウム化合物とHFとの化学反応により形成される場合、LiFが粒子の表面に均一に形成され、形成されたLiFが優先的にリチウム副産物の表面(上部)に層を形成して水とリチウム化合物の反応を容易に遮断し、電池の駆動時、人工SEI被膜(Artificial SEI layer)として作用して寿命性能が改善されるという効果がある。 When a layer containing LiF is formed by a chemical reaction between a lithium compound and HF as described above, LiF is uniformly formed on the surface of the particles, and the formed LiF is preferentially deposited on the surface (upper part) of the lithium byproduct. It forms a layer to easily block the reaction between water and lithium compounds, and acts as an artificial SEI layer when the battery is operated, thereby improving the life performance.

<負極>
本発明の一実施態様による負極は、前述した負極活物質を含んでもよい。
<Negative electrode>
A negative electrode according to an embodiment of the present invention may include the negative electrode active material described above.

具体的に、前記負極は、負極集電体、および前記負極集電体上に配置された負極活物質層を含んでもよい。前記負極活物質層は、前記負極活物質を含んでもよい。さらに、前記負極活物質層は、バインダー、増粘剤、および/または導電材をさらに含んでもよい。 Specifically, the negative electrode may include a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer disposed on the negative electrode current collector. The negative electrode active material layer may include the negative electrode active material. Furthermore, the negative electrode active material layer may further include a binder, a thickener, and/or a conductive material.

前記負極活物質層は、負極活物質、バインダー、増粘剤、および/または導電材を含む負極スラリーを集電体の少なくとも一面に塗布し、乾燥および圧延して形成されてもよい。 The negative electrode active material layer may be formed by applying a negative electrode slurry containing a negative electrode active material, a binder, a thickener, and/or a conductive material to at least one surface of a current collector, and drying and rolling the slurry.

前記負極スラリーは、追加の負極活物質をさらに含んでもよい。 The negative electrode slurry may further include an additional negative active material.

前記追加の負極活物質としては、リチウムの可逆的なインターカレーションおよびデインターカレーションが可能な化合物が用いられてもよい。具体的な例としては、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛化炭素繊維、非晶質炭素などの炭素質材料;Si、Al、Sn、Pb、Zn、Bi、In、Mg、Ga、Cd、Si合金、Sn合金、またはAl合金などのリチウムと合金化が可能な金属質化合物;SiOβ(0<β<2)、SnO、バナジウム酸化物、リチウムチタン酸化物、リチウムバナジウム酸化物のようにリチウムをドープおよび脱ドープ可能な金属酸化物;またはSi-C複合体またはSn-C複合体のように前記金属質化合物と炭素質材料とを含む複合物などが挙げられ、これらのいずれか一つまたは二つ以上の混合物が用いられてもよい。また、前記負極活物質として金属リチウム薄膜が用いられてもよい。また、炭素材料としては、低結晶性炭素および高結晶性炭素などのいずれが用いられてもよい。低結晶性炭素としては、ソフトカーボン(soft carbon)およびハードカーボン(hard carbon)が代表的であり、高結晶性炭素としては、無定形、板状、鱗片状、球状、または繊維状の天然黒鉛または人造黒鉛、キッシュ黒鉛(Kish graphite)、熱分解炭素(pyrolytic carbon)、メソフェーズピッチ系炭素繊維(mesophase pitch based carbon fiber)、メソカーボンマイクロビーズ(meso-carbon microbeads)、メソフェーズピッチ(Mesophase pitches)、および石油または石炭系コークス(petroleum or coal tar pitch derived cokes)などの高温焼成炭素が代表的である。 As the additional negative electrode active material, a compound capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium may be used. Specific examples include carbonaceous materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized carbon fiber, and amorphous carbon; Si, Al, Sn, Pb, Zn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, and Si alloys. Metallic compounds that can be alloyed with lithium , such as , Sn alloy, or Al alloy; Metal oxides that can be doped and dedoped; or composites containing the metallic compound and carbonaceous material such as Si-C composites or Sn-C composites, and any one of these Or a mixture of two or more may be used. Moreover, a metal lithium thin film may be used as the negative electrode active material. Further, as the carbon material, either low crystalline carbon or high crystalline carbon may be used. Typical examples of low-crystalline carbon include soft carbon and hard carbon, and examples of high-crystalline carbon include amorphous, plate-like, scale-like, spherical, or fibrous natural graphite. Or artificial graphite, Kish graphite, pyrolytic carbon, mesophase pitch based carbon fiber, meso-carbon microbeads, meso-carbon microbeads, Phase pitches (Mesophase pitches) and high temperature calcined carbons such as petroleum or coal tar pitch derived cokes.

前記追加の負極活物質は、炭素系負極活物質であってもよい。 The additional negative electrode active material may be a carbon-based negative electrode active material.

本発明の一実施態様において、前記負極スラリーに含まれた負極活物質および追加の負極活物質の重量比は10:90~90:10であってもよく、具体的には10:90~50:50であってもよい。 In one embodiment of the present invention, the weight ratio of the negative electrode active material and the additional negative electrode active material contained in the negative electrode slurry may be 10:90 to 90:10, specifically 10:90 to 50. :50 may be sufficient.

前記負極スラリーは、負極スラリー形成用溶媒を含んでもよい。具体的に、前記負極スラリー形成用溶媒は、成分の分散を容易にするという面で、蒸留水、エタノール、メタノール、およびイソプロピルアルコールからなる群より選択された少なくとも1種、具体的には、蒸留水を含んでもよい。 The negative electrode slurry may include a negative electrode slurry forming solvent. Specifically, the negative electrode slurry forming solvent is at least one selected from the group consisting of distilled water, ethanol, methanol, and isopropyl alcohol, in terms of facilitating the dispersion of components. May contain water.

前記負極集電体は、当該電池に化学的変化を誘発せず、かつ、導電性を有するものであればよく、特に制限されない。例えば、前記集電体としては、銅、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、またはアルミニウムやステンレススチールの表面に炭素、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したものが用いられてもよい。具体的には、銅、ニッケルのような炭素をよく吸着する遷移金属を集電体として用いてもよい。前記集電体の厚さは6μm~20μmであってもよいが、前記集電体の厚さはこれに制限されない。 The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it does not induce chemical changes in the battery and has conductivity. For example, the current collector may be made of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, or aluminum or stainless steel whose surface is treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc. . Specifically, transition metals that adsorb carbon well, such as copper and nickel, may be used as the current collector. The thickness of the current collector may be 6 μm to 20 μm, but the thickness of the current collector is not limited thereto.

前記バインダーは、ポリビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレンコポリマー(PVDF-co-HFP)、ポリビニリデンフルオライド(polyvinylidenefluoride)、ポリアクリロニトリル(polyacrylonitrile)、ポリメチルメタクリレート(polymethylmethacrylate)、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース(CMC)、デンプン、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリル酸、エチレン-プロピレン-ジエンモノマー(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム、ポリアクリル酸(poly acrylic acid)およびこれらの水素がLi、Na、またはCaなどで置換された物質からなる群より選択される少なくとも一つを含んでもよく、また、これらの多様な共重合体を含んでもよい。 The binder may include polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate. ate), polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC) , starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, polyacrylic acid, ethylene-propylene-diene monomer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber (SBR), fluororubber, poly It may contain at least one selected from the group consisting of polyacrylic acid and substances in which the hydrogens thereof are replaced with Li, Na, Ca, etc., and may also contain various copolymers thereof. But that's fine.

前記導電材は、当該電池に化学的変化を誘発せず、かつ、導電性を有するものであれば特に制限されず、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛;アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック;炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維;カーボンナノチューブなどの導電性チューブ;フルオロカーボン、アルミニウム、ニッケル粉末などの金属粉末;酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー;酸化チタンなどの導電性金属酸化物;ポリフェニレン誘導体などの導電性素材などが用いられてもよい。 The conductive material is not particularly limited as long as it does not induce chemical changes in the battery and has conductivity, such as graphite such as natural graphite or artificial graphite; acetylene black, Ketjen black, channel black, etc. Carbon black such as black, furnace black, lamp black, and thermal black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Conductive tubes such as carbon nanotubes; Metal powders such as fluorocarbon, aluminum, and nickel powder; Zinc oxide, titanic acid Conductive whiskers such as potassium; conductive metal oxides such as titanium oxide; conductive materials such as polyphenylene derivatives may also be used.

前記増粘剤は、カルボキシメチルセルロース(CMC)であってもよく、これに限定されず、本技術分野で用いられる増粘剤を適宜採用してもよい。 The thickener may be carboxymethyl cellulose (CMC), but is not limited thereto, and thickeners used in the present technical field may be appropriately employed.

<二次電池>
本発明の一実施態様による二次電池は、前述した一実施態様による負極を含んでもよい。具体的に、前記二次電池は、負極、正極、前記正極と負極との間に介在したセパレータ、および電解液を含んでもよく、前記負極は、前述した負極と同様である。前記負極については前述したため、具体的な説明は省略する。
<Secondary battery>
A secondary battery according to one embodiment of the present invention may include the negative electrode according to one embodiment described above. Specifically, the secondary battery may include a negative electrode, a positive electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte, and the negative electrode is the same as the negative electrode described above. Since the negative electrode has been described above, a detailed description thereof will be omitted.

前記正極は、正極集電体、および前記正極集電体上に形成され、前記正極活物質を含む正極活物質層を含んでもよい。 The positive electrode may include a positive electrode current collector, and a positive electrode active material layer formed on the positive electrode current collector and containing the positive electrode active material.

前記正極において、正極集電体は、電池に化学的変化を誘発せず、かつ、導電性を有するものであれば特に制限されず、例えば、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、またはアルミニウムやステンレススチールの表面に炭素、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したものが用いられてもよい。また、前記正極集電体は、通常、3~500μmの厚さを有してもよく、前記集電体の表面上に微細な凹凸を形成して正極活物質の接着力を高めてもよい。例えば、フィルム、シート、箔、網、多孔質体、発泡体、不織布体などの多様な形態で用いられてもよい。 In the positive electrode, the positive electrode current collector is not particularly limited as long as it does not induce chemical changes in the battery and has conductivity, such as stainless steel, aluminum, nickel, titanium, fired carbon, or Aluminum or stainless steel whose surface is treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc. may also be used. Further, the positive electrode current collector may generally have a thickness of 3 to 500 μm, and fine irregularities may be formed on the surface of the current collector to increase the adhesive strength of the positive electrode active material. . For example, it may be used in various forms such as a film, sheet, foil, net, porous body, foam, and nonwoven body.

前記正極活物質は、通常用いられる正極活物質であってもよい。具体的に、前記正極活物質は、リチウムコバルト酸化物(LiCoO)、リチウムニッケル酸化物(LiNiO)などの層状化合物や、1またはそれ以上の遷移金属で置換された化合物;LiFeなどのリチウム鉄酸化物;化学式Li1+c1Mn2-c1(0≦c1≦0.33)、LiMnO、LiMn、LiMnOなどのリチウムマンガン酸化物;リチウム銅酸化物(LiCuO);LiV、V、Cuなどのバナジウム酸化物;化学式LiNi1-c2c2(ここで、MはCo、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B、およびGaからなる群より選択された少なくとも一つであり、0.01≦c2≦0.3を満たす)で表されるNiサイト型リチウムニッケル酸化物;化学式LiMn2-c3c3(ここで、MはCo、Ni、Fe、Cr、Zn、およびTaからなる群より選択された少なくとも一つであり、0.01≦c3≦0.1を満たす)、またはLiMnMO(ここで、MはFe、Co、Ni、Cu、およびZnからなる群より選択された少なくとも一つである)で表されるリチウムマンガン複合酸化物;または化学式のLiの一部がアルカリ土類金属イオンで置換されたLiMnなどが挙げられるが、これに限定されない。前記正極は、Li-金属(metal)であってもよい。 The positive electrode active material may be a commonly used positive electrode active material. Specifically, the positive electrode active material is a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; LiFe 3 O 4 Lithium iron oxides such as; chemical formula Li 1+c1 Mn 2-c1 O 4 (0≦c1≦0.33), lithium manganese oxides such as LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 ; lithium copper oxides (Li 2 CuO 2 ); vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , V 2 O 5 , Cu 2 V 2 O 7 ; chemical formula LiNi 1-c2 M c2 O 2 (where M is Co, Mn, Al, Cu, Fe , Mg, B, and Ga, and satisfies 0.01≦c2≦0.3); chemical formula: LiMn 2-c3 M c3 O 2 (here, M is at least one selected from the group consisting of Co, Ni, Fe, Cr, Zn, and Ta, and satisfies 0.01≦c3≦0.1), or Li 2 Lithium manganese composite oxide represented by Mn 3 MO 8 (where M is at least one selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cu, and Zn); or a part of Li in the chemical formula Examples include, but are not limited to, LiMn 2 O 4 in which is substituted with an alkaline earth metal ion. The positive electrode may be made of Li-metal.

前記正極活物質層は、前述した正極活物質とともに、正極導電材および正極バインダーを含んでもよい。 The positive electrode active material layer may include a positive electrode conductive material and a positive electrode binder in addition to the above-mentioned positive electrode active material.

この際、前記正極導電材は、電極に導電性を付与するために用いられるものであり、構成される電池において、化学変化を引き起こさず電子伝導性を有するものであれば特に制限なく使用可能である。具体的な例としては、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛;カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック、炭素繊維などの炭素系物質;銅、ニッケル、アルミニウム、銀などの金属粉末または金属繊維;酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー;酸化チタンなどの導電性金属酸化物;またはポリフェニレン誘導体などの導電性高分子などが挙げられ、この中の1種の単独または2種以上の混合物が用いられてもよい。 In this case, the positive electrode conductive material is used to impart conductivity to the electrode, and can be used without any particular restrictions as long as it does not cause chemical changes and has electronic conductivity in the constructed battery. be. Specific examples include graphite such as natural graphite and artificial graphite; carbon-based materials such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black, and carbon fiber; copper, nickel, Examples include metal powders or metal fibers such as aluminum and silver; conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate; conductive metal oxides such as titanium oxide; and conductive polymers such as polyphenylene derivatives. One kind alone or a mixture of two or more kinds may be used.

また、前記正極バインダーは、正極活物質粒子間の付着および正極活物質と正極集電体との接着力を向上させる役割をする。具体的な例としては、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレンコポリマー(PVDF-co-HFP)、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル(polyacrylonitrile)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、デンプン、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-プロピレン-ジエンポリマー(EPDM)、スルホン化-EPDM、スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム、またはこれらの多様な共重合体などが挙げられ、この中の1種の単独または2種以上の混合物が用いられてもよい。 In addition, the positive electrode binder serves to improve adhesion between positive electrode active material particles and adhesion between the positive electrode active material and the positive electrode current collector. Specific examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-co-HFP), polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl Cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated-EPDM, styrene-butadiene rubber (SBR), fluororubber, or various copolymers thereof, etc. Among them, one type or a mixture of two or more types may be used.

セパレータとしては、負極と正極を分離しリチウムイオンの移動通路を提供するものであり、通常、二次電池においてセパレータとして用いられるものであれば特に制限なく使用可能であり、特に電解液のイオン移動に対して低抵抗であり、かつ、電解液含湿能力に優れることが好ましい。具体的には、多孔性高分子フィルム、例えば、エチレン単独重合体、プロピレン単独重合体、エチレン/ブテン共重合体、エチレン/ヘキセン共重合体、およびエチレン/メタクリレート共重合体などのようなポリオレフィン系高分子から製造された多孔性高分子フィルム、またはこれらの2層以上の積層構造体が用いられてもよい。また、通常の多孔性不織布、例えば、高融点のガラス繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維などからなる不織布が用いられてもよい。また、耐熱性または機械的強度を確保するために、セラミック成分または高分子物質が含まれたコーティングされたセパレータが用いられてもよく、選択的に単層または多層構造として用いられてもよい。 The separator separates the negative and positive electrodes and provides a passage for lithium ions to move.If it is normally used as a separator in secondary batteries, it can be used without any particular restrictions. It is preferable that the electrolyte has a low resistance to moisture and has an excellent electrolytic solution moisturizing ability. Specifically, porous polymer films, such as polyolefin-based films such as ethylene homopolymer, propylene homopolymer, ethylene/butene copolymer, ethylene/hexene copolymer, and ethylene/methacrylate copolymer, etc. A porous polymer film made from a polymer or a laminated structure of two or more layers thereof may be used. Further, a normal porous nonwoven fabric, for example, a nonwoven fabric made of high melting point glass fiber, polyethylene terephthalate fiber, etc., may be used. Further, in order to ensure heat resistance or mechanical strength, a coated separator containing a ceramic component or a polymeric material may be used, and may optionally be used as a single layer or multilayer structure.

前記電解液としては、リチウム二次電池の製造時に使用可能な有機系液体電解質、無機系液体電解質、固体高分子電解質、ゲル型高分子電解質、固体無機電解質、溶融型無機電解質などが挙げられ、これに限定されない。 Examples of the electrolyte include organic liquid electrolytes, inorganic liquid electrolytes, solid polymer electrolytes, gel-type polymer electrolytes, solid inorganic electrolytes, and molten inorganic electrolytes that can be used in the production of lithium secondary batteries. It is not limited to this.

具体的に、前記電解液は、非水系有機溶媒および金属塩を含んでもよい。 Specifically, the electrolytic solution may include a non-aqueous organic solvent and a metal salt.

前記非水系有機溶媒としては、例えば、N-メチル-2-ピロリジノン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γ-ブチロラクトン、1,2-ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、1,3-ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、ギ酸メチル、酢酸メチル、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エーテル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの非プロトン性有機溶媒が用いられてもよい。 Examples of the non-aqueous organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, and 2-methyltetrahydrofuran. , dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphoric triester, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl- Aprotic organic solvents such as 2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl propionate, ethyl propionate, etc. may be used.

特に、前記カーボネート系有機溶媒のうち環状カーボネートであるエチレンカーボネートおよびプロピレンカーボネートは、高粘度の有機溶媒として誘電率が高くてリチウム塩をよく解離させるため好ましく用いることができ、このような環状カーボネートにジメチルカーボネートおよびジエチルカーボネートのような低粘度、低誘電率の直鎖状カーボネートを適した割合で混合して用いると、高い電気伝導率を有する電解液を作製することができるためさらに好ましく用いることができる。 In particular, among the carbonate-based organic solvents, cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate are preferably used because they have a high dielectric constant as a highly viscous organic solvent and can easily dissociate lithium salt. It is more preferable to use linear carbonates with low viscosity and low dielectric constant, such as dimethyl carbonate and diethyl carbonate, mixed in an appropriate ratio because an electrolytic solution with high electrical conductivity can be produced. can.

前記金属塩としては、リチウム塩を用いてもよく、前記リチウム塩は、前記非水電解液に溶解されやすい物質であり、例えば、前記リチウム塩のアニオンとしては、F、Cl、I、NO 、N(CN) 、BF 、ClO 、PF 、(CFPF 、(CFPF 、(CFPF 、(CFPF、(CF、CFSO 、CFCFSO 、(CFSO、(FSO、CFCF(CFCO、(CFSOCH、(SF、(CFSO、CF(CFSO 、CFCO 、CHCO 、SCN、および(CFCFSOからなる群より選択される1種以上を用いてもよい。 As the metal salt, a lithium salt may be used, and the lithium salt is a substance that is easily dissolved in the nonaqueous electrolyte. For example, the anion of the lithium salt is F , Cl , I , NO 3 , N(CN) 2 , BF 4 , ClO 4 , PF 6 , (CF 3 ) 2 PF 4 , (CF 3 ) 3 PF 3 , (CF 3 ) 4 PF 2 , (CF 3 ) 5 PF , (CF 3 ) 6 P , CF 3 SO 3 , CF 3 CF 2 SO 3 , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (FSO 2 ) 2 N , CF 3 CF 2 (CF 3 ) 2 CO - , (CF 3 SO 2 ) 2 CH - , (SF 5 ) 3 C - , (CF 3 SO 2 ) 3 C - , CF 3 (CF 2 ) 7 SO 3 - , One or more selected from the group consisting of CF 3 CO 2 - , CH 3 CO 2 - , SCN - , and (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 N - may be used.

前記電解液には、前記電解液の構成成分の他にも、電池の寿命特性の向上、電池容量の減少抑制、電池の放電容量の向上などを目的に、例えば、ジフルオロエチレンカーボネートなどのようなハロアルキレンカーボネート系化合物、ピリジン、トリエチルホスファイト、トリエタノールアミン、環状エーテル、エチレンジアミン、n-グリム(glyme)、ヘキサリン酸トリアミド、ニトロベンゼン誘導体、硫黄、キノンイミン染料、N-置換オキサゾリジノン、N,N-置換イミダゾリジン、エチレングリコールジアルキルエーテル、アンモニウム塩、ピロール、2-メトキシエタノール、または三塩化アルミニウムなどの添加剤が1種以上さらに含まれてもよい。 In addition to the constituent components of the electrolytic solution, the electrolytic solution may contain, for example, difluoroethylene carbonate, etc., for the purpose of improving battery life characteristics, suppressing decrease in battery capacity, and improving battery discharge capacity. Haloalkylene carbonate compounds, pyridine, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, n-glyme, hexaphosphoric acid triamide, nitrobenzene derivatives, sulfur, quinoneimine dye, N-substituted oxazolidinone, N,N-substituted One or more additives such as imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol, or aluminum trichloride may further be included.

本発明の他の実施態様によれば、前記二次電池を単位セルとして含む電池モジュールおよびこれを含む電池パックを提供する。前記電池モジュールおよび電池パックは、高容量、高いレート特性、およびサイクル特性を有する前記二次電池を含むため、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグ-インハイブリッド電気自動車、および電力貯蔵用システムからなる群より選択される中大型デバイスの電源として用いられることができる。 According to another embodiment of the present invention, a battery module including the secondary battery as a unit cell and a battery pack including the same are provided. The battery module and the battery pack include the secondary battery having high capacity, high rate characteristics, and cycle characteristics, and therefore can be used in the group consisting of electric vehicles, hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, and power storage systems. It can be used as a power source for selected medium- and large-sized devices.

以下、本明細書を具体的に説明するために実施例を挙げて詳しく説明することにする。ただし、本明細書に係る実施例は種々の他の形態に変形されてもよく、本出願の範囲が以下に記述する実施例に限定されるものと解釈してはならない。本出願の実施例は、当業界で平均的な知識を有する者に本明細書をより完全に説明するために提供されるものである。 Hereinafter, in order to concretely explain the present specification, examples will be given and explained in detail. However, the embodiments according to this specification may be modified into various other forms, and the scope of the present application should not be construed as being limited to the embodiments described below. The Examples of this application are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the specification to those skilled in the art.

<実施例および比較例>
実施例1
SiおよびSiOを1:1のモル比で混合した粉末94gを反応炉にて混合した後、1,400℃の昇華温度で真空加熱した。その後、気化したSi、SiO混合気体を800℃の冷却温度を有する真空状態の冷却領域(cooling zone)で反応させ、固相に凝結させた。その次に、凝結された粒子をボールミルを用いて3時間粉砕し、6μm大きさの粒子を製造した。その後、Arガスを流して不活性雰囲気を維持しつつ、CVD装置のホットゾーン(hot zone)に前記粒子を位置させ、キャリアガスとしてArを用いて、前記メタンを900℃のホットゾーンに吹き込んで5時間10-1torrで反応させ、前記粒子の表面に炭素層を形成する。その後、炭素層が形成された粒子にLi金属粉末(Li metal powder)を6g追加して混合した後、不活性雰囲気、800℃の温度で追加熱処理を行い、Liを含むシリコン系粒子を製造した。
<Examples and comparative examples>
Example 1
94 g of a powder of Si and SiO 2 mixed at a molar ratio of 1:1 was mixed in a reactor, and then heated under vacuum at a sublimation temperature of 1,400°C. Thereafter, the vaporized Si and SiO 2 gas mixture was reacted in a vacuum cooling zone having a cooling temperature of 800° C. and condensed into a solid phase. Next, the coagulated particles were ground for 3 hours using a ball mill to produce particles with a size of 6 μm. Thereafter, while maintaining an inert atmosphere by flowing Ar gas, the particles were placed in the hot zone of the CVD apparatus, and the methane was blown into the hot zone at 900° C. using Ar as a carrier gas. The reaction is carried out at 10 −1 torr for 5 hours to form a carbon layer on the surface of the particles. Thereafter, 6 g of Li metal powder was added to the particles with the carbon layer formed thereon and mixed, and additional heat treatment was performed at a temperature of 800° C. in an inert atmosphere to produce silicon-based particles containing Li. .

前記シリコン系粒子と0.1M HF溶液を1:7の重量割合で混合した後、1時間撹拌後にフィルタおよび乾燥した後、300℃の熱処理により、LiF層が導入された負極活物質を製造した。 The silicon-based particles and 0.1M HF solution were mixed at a weight ratio of 1:7, stirred for 1 hour, filtered and dried, and then heat-treated at 300°C to produce a negative active material with a LiF layer introduced. .

実施例2
0.15M HF溶液を用いたことを除いては、実施例1と同様の方法で負極活物質を製造した。
Example 2
A negative electrode active material was produced in the same manner as in Example 1, except that a 0.15M HF solution was used.

実施例3
0.05M HF溶液を用いたことを除いては、実施例1と同様の方法で負極活物質を製造した。
Example 3
A negative electrode active material was produced in the same manner as in Example 1, except that a 0.05M HF solution was used.

実施例4
0.2M HF溶液を用いたことを除いては、実施例1と同様の方法で負極活物質を製造した。
Example 4
A negative electrode active material was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a 0.2M HF solution was used.

比較例1
LiF層を導入するステップを除いては、実施例1と同様の方法で負極活物質を製造した。
Comparative example 1
A negative electrode active material was manufactured in the same manner as in Example 1 except for the step of introducing the LiF layer.

比較例2
LiF層の導入時、LiF粉末と前記シリコン系粒子を1.5:100の重量比で混合した後、ボールミル(Ball mill)により前記シリコン系粒子の表面にLiF層を導入したことを除いては、実施例1と同様の方法で負極活物質を製造した。
Comparative example 2
Except that when introducing the LiF layer, the LiF powder and the silicon-based particles were mixed at a weight ratio of 1.5:100, and then the LiF layer was introduced onto the surface of the silicon-based particles using a ball mill. A negative electrode active material was produced in the same manner as in Example 1.

比較例3
LiF層の導入時、LiF粉末と前記シリコン系粒子を0.4:100の重量比で混合した後、ボールミル(Ball mill)により前記シリコン系粒子の表面にLiF層を導入したことを除いては、実施例1と同様の方法で負極活物質を製造した。
Comparative example 3
Except that when introducing the LiF layer, the LiF powder and the silicon-based particles were mixed at a weight ratio of 0.4:100, and then the LiF layer was introduced onto the surface of the silicon-based particles using a ball mill. A negative electrode active material was produced in the same manner as in Example 1.

<炭素層の含量測定>
前記炭素層の含量は、CS-analyzer(CS-800、Eltra)を用いて分析した。
<Measurement of carbon layer content>
The content of the carbon layer was analyzed using a CS-analyzer (CS-800, Eltra).

<X線光電子分光法(XPS)による元素の含量および原子比の測定>
負極活物質表面の元素の含量(at%)および原子比をXPS(Nexsa ESCA System、Thermo Fisher Scientific(ESCA-02))により確認した。
<Measurement of element content and atomic ratio by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)>
The content (at%) and atomic ratio of elements on the surface of the negative electrode active material were confirmed by XPS (Nexsa ESCA System, Thermo Fisher Scientific (ESCA-02)).

具体的に、各試料に対してサーベイスキャンスペクトル(survey scan spectrum)およびナロースキャンスペクトル(narrow scan spectrum)を得た。その次に、深さプロファイル(depth profile)を行いつつ、サーベイスキャンスペクトルおよびナロースキャンスペクトルを得た。深さプロファイル(depth profile)は、単原子Arイオン(Monatomic Ar ion)を用いて3000秒まで行った。測定およびデータ処理(data processing)条件は下記のとおりである。 Specifically, a survey scan spectrum and a narrow scan spectrum were obtained for each sample. Next, a survey scan spectrum and a narrow scan spectrum were obtained while performing a depth profile. Depth profiles were performed using monatomic Ar ions for up to 3000 seconds. Measurement and data processing conditions are as follows.

-X線源(X-ray source):Monochromated Al K α(1486.6eV)
-X線スポットサイズ(X-ray spot size):400μm
-スパッタリングガン(Sputtering gun):Monatomic Ar(energy:1000eV、current:low、raster width:2mm)
-エッチング速度(Etching rate):0.09nm/s for Ta
-操作モード(Operation Mode):CAE(Constant Analyzer Energy) mode
-サーベイスキャン(Survey scan):pass energy 200eV、energy step 1eV
-ナロースキャン(Narrow scan):scanned mode、pass energy 50eV、energy step 0.1eV
-電荷補償(Charge compensation):flood gun off
-SF:Al THERMO1
-ECF:TPP-2M
-BGサブトラクション(BG subtraction):Shirley
-X-ray source: Monochromated Al K α (1486.6eV)
-X-ray spot size: 400μm
- Sputtering gun: Monatomic Ar (energy: 1000eV, current: low, raster width: 2mm)
-Etching rate: 0.09nm/s for Ta 2 O 5
- Operation Mode: CAE (Constant Analyzer Energy) mode
-Survey scan: pass energy 200eV, energy step 1eV
-Narrow scan: scanned mode, pass energy 50eV, energy step 0.1eV
-Charge compensation: flood gun off
-SF:Al THERMO1
-ECF:TPP-2M
-BG subtraction: Shirley

上記のような測定の結果、測定された元素の総含量100at%を基準として各元素の含量および原子比を計算した。 As a result of the above measurements, the content and atomic ratio of each element was calculated based on the total content of the measured elements of 100 at %.

<負極活物質に含まれたLiの含量測定>
前記Li原子の含量は、誘導結合プラズマ発光分光分析装置(Perkin-Elmer 7300社のICP-OES、AVIO 500)を用いたICP分析により確認した。
<Measurement of Li content contained in negative electrode active material>
The content of Li atoms was confirmed by ICP analysis using an inductively coupled plasma optical emission spectrometer (Perkin-Elmer 7300 ICP-OES, AVIO 500).

<LiFの含量分析>
試料20ml~200mlをコーニングチューブ(corning tube)に分取し、超純水30gで24時間シェーキング(shaking)して溶出した。この際、必要に応じて、標準較正曲線内(1mg/kg)に試料濃度が入るように追加希釈した。それをIC6000(Thermo Fisher Scientific)を用いて、下記のような分析条件下でFの含量を測定した後、測定されたFの含量によりLiFの含量を計算した。
<LiF content analysis>
20 ml to 200 ml of the sample was taken into a Corning tube and eluted by shaking with 30 g of ultrapure water for 24 hours. At this time, additional dilution was performed as necessary so that the sample concentration fell within the standard calibration curve (1 mg/kg). The F content was measured using IC6000 (Thermo Fisher Scientific) under the following analysis conditions, and the LiF content was calculated from the measured F content.

[分析条件]
-Column:IonPacAS18(4x250mm)、IonPacAG18(4x50mm)
-Eluent種類 KOH(30.5mM)、Eluent流量:1mL/min
-検出器:Suppressed Conductivity Detector、SRS current:76mA、Injection volume:25uL
前記実施例および比較例で製造された負極活物質の構成は下記表1のとおりである。
[Analysis conditions]
-Column: IonPac AS18 (4x250mm), IonPacAG18 (4x50mm)
-Eluent type KOH (30.5mM), Eluent flow rate: 1mL/min
-Detector: Suppressed Conductivity Detector, SRS current: 76mA, Injection volume: 25uL
The compositions of the negative active materials manufactured in the Examples and Comparative Examples are shown in Table 1 below.

<実験例:放電容量、初期効率、寿命(容量維持率)特性の評価>
負極の製造
負極材として実施例1で製造された複合負極活物質と炭素系活物質として黒鉛(平均粒径(D50):20μm)を15:85の重量比で混合したものを用いた。
<Experiment example: Evaluation of discharge capacity, initial efficiency, and life (capacity retention rate) characteristics>
Manufacture of Negative Electrode A mixture of the composite negative electrode active material manufactured in Example 1 and graphite (average particle size (D 50 ): 20 μm) as a carbon-based active material at a weight ratio of 15:85 was used as the negative electrode material.

前記負極材、バインダーとしてスチレン-ブタジエンゴム(SBR)、導電材としてSuper C65、および増粘剤としてカルボキシメチルセルロース(CMC)を96:2:1:1の重量比で混合し、それを負極スラリー形成用溶媒として蒸留水に添加し、負極スラリーを製造した。 The negative electrode material, styrene-butadiene rubber (SBR) as a binder, Super C65 as a conductive material, and carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener were mixed in a weight ratio of 96:2:1:1 to form a negative electrode slurry. It was added to distilled water as a solvent to produce a negative electrode slurry.

負極集電体として銅集電体(厚さ:15μm)の一面に前記負極スラリーを3.6mAh/cmのローディング量でコーティングし、圧延(roll press)し、130℃の真空オーブンで10時間乾燥して負極活物質層(厚さ:50μm)を形成し、それを実施例1の負極とした(負極の厚さ:65μm)。 One surface of a copper current collector (thickness: 15 μm) as a negative electrode current collector was coated with the negative electrode slurry at a loading amount of 3.6 mAh/cm 2 , rolled, and placed in a vacuum oven at 130° C. for 10 hours. It was dried to form a negative electrode active material layer (thickness: 50 μm), which was used as the negative electrode of Example 1 (negative electrode thickness: 65 μm).

また、実施例1の負極活物質の代わりに実施例2~4および比較例1~3の負極活物質をそれぞれ用いたことを除いては、実施例1と同様の方法で実施例2~4および比較例1~3の負極を製造した。 In addition, Examples 2 to 4 were prepared in the same manner as in Example 1, except that the negative electrode active materials of Examples 2 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 were used instead of the negative electrode active material of Example 1. And negative electrodes of Comparative Examples 1 to 3 were manufactured.

二次電池の製造
正極としてリチウム金属箔を準備した。
Manufacturing of secondary battery Lithium metal foil was prepared as a positive electrode.

上記で製造された実施例1~4および比較例1~3の負極と正極との間に多孔性ポリエチレンセパレータを介在し、電解液を注入し、実施例1~4および比較例1~3のコイン型ハーフセルをそれぞれ製造した。 A porous polyethylene separator was interposed between the negative electrode and the positive electrode of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 produced above, and an electrolytic solution was injected. Coin-shaped half cells were each manufactured.

前記電解液としては、エチルメチルカーボネート(EMC)とエチレンカーボネート(EC)を7:3の体積比で混合した溶液に、0.5重量%でビニレンカーボネート(VC)を溶解させ、LiPFを1Mの濃度で溶解させたものを用いた。 As the electrolytic solution, 0.5% by weight of vinylene carbonate (VC) was dissolved in a solution of ethyl methyl carbonate (EMC) and ethylene carbonate (EC) mixed at a volume ratio of 7:3, and LiPF 6 was dissolved at 1M. A solution dissolved at a concentration of was used.

放電容量、初期効率、寿命(容量維持率)特性の評価
実施例1~4および比較例1~3で製造された二次電池に対し、電気化学充放電器を用いて放電容量、初期効率、およびサイクル容量維持率を評価した。
Evaluation of discharge capacity, initial efficiency, and life (capacity maintenance rate) characteristics For the secondary batteries manufactured in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3, discharge capacity, initial efficiency, and cycle capacity retention rate were evaluated.

サイクル容量維持率は、25℃の温度で行われ、1番目のサイクルおよび2番目のサイクルは0.1Cで充放電を行い、3番目のサイクルからは0.5Cで充放電を行った(充電条件:CC/CV、5mV/0.005C cut-off、放電条件:CC、1.5V cut off)。 The cycle capacity retention rate was measured at a temperature of 25°C, and the first cycle and second cycle were charged and discharged at 0.1C, and from the third cycle onwards, charging and discharging was performed at 0.5C (charging and discharging). Conditions: CC/CV, 5mV/0.005C cut-off, discharge conditions: CC, 1.5V cut-off).

1回充放電時の結果から、放電容量(mAh/g)および初期効率(%)を導出した。 Discharge capacity (mAh/g) and initial efficiency (%) were derived from the results of one charge/discharge.

容量維持率は下記のように計算した。
容量維持率(%)={(N番目のサイクルでの放電容量)/(1番目のサイクルでの放電容量)}×100
(前記式中、Nは1以上の整数である。)
The capacity retention rate was calculated as follows.
Capacity retention rate (%) = {(discharge capacity in Nth cycle)/(discharge capacity in 1st cycle)}×100
(In the above formula, N is an integer of 1 or more.)

50番目のサイクル容量維持率(%)を下記表2に示す。 The 50th cycle capacity retention rate (%) is shown in Table 2 below.

前記実施例1~4は、シリコン系粒子上にLiFを含む層が備えられ、F/O比(F/O ratio)が0.45以上、F/C比(F/C ratio)が0.5以下であることを満たすものであって、前記シリコン系粒子の表面にLiFを含む層が均一に被覆され、リチウム副産物と水分の反応を遮断することができるため、放電容量、初期効率、および容量維持率に優れることを確認することができた。 In Examples 1 to 4, a layer containing LiF is provided on silicon-based particles, the F/O ratio is 0.45 or more, and the F/C ratio is 0.45 or more. 5 or less, and the surface of the silicon-based particles is uniformly coated with a layer containing LiF, which can block the reaction between lithium byproducts and moisture, thereby improving discharge capacity, initial efficiency, and It was confirmed that the capacity retention rate was excellent.

これに対し、比較例1のようにシリコン系粒子の表面にLiF層を備えていない場合、負極活物質のリチウム副産物と水分の反応により水系スラリー工程性が劣悪になるため、電池の放電容量、初期効率、および容量維持率が低下することを確認することができた。 On the other hand, when the LiF layer is not provided on the surface of the silicon-based particles as in Comparative Example 1, the reaction between the lithium by-product of the negative electrode active material and water deteriorates the aqueous slurry processability, which reduces the discharge capacity of the battery. It was confirmed that the initial efficiency and capacity maintenance rate decreased.

比較例2の場合、シリコン系粒子上にLiFを含む層が形成されたが、F/C比(F/C ratio)が0.62と高い値を示した。このことから、LiFが部分的に厚く形成されて粒子のパッシベーションが容易ではなく、リチウム副産物が容易に露出するため、水系工程性が劣悪になり、このことから電池の放電容量、初期効率、および容量維持率が低下することを確認することができた。 In the case of Comparative Example 2, a layer containing LiF was formed on the silicon-based particles, but the F/C ratio was as high as 0.62. As a result, LiF is partially formed thickly, making it difficult to passivate the particles, and lithium by-products are easily exposed, resulting in poor aqueous processability, which reduces the battery's discharge capacity, initial efficiency, and It was confirmed that the capacity retention rate decreased.

比較例3の場合、シリコン系粒子の表面にLiFを含む層が形成されたが、LiFの含量が少なく、F/O比(F/O ratio)が0.4と低い値を示した。このことから、LiFが粒子上に部分的に形成されて粒子のパッシベーションが容易ではなく、リチウム副産物が容易に露出するため、水系工程性が劣悪になり、このことから電池の放電容量、初期効率、および容量維持率が低下することを確認することができた。 In Comparative Example 3, a layer containing LiF was formed on the surface of the silicon-based particles, but the LiF content was small and the F/O ratio was as low as 0.4. As a result, LiF is partially formed on the particles, making it difficult to passivate the particles, and lithium by-products are easily exposed, resulting in poor aqueous processability, which reduces the discharge capacity and initial efficiency of the battery. , and it was confirmed that the capacity retention rate decreased.

Claims (13)

SiO(0<x<2)およびLi化合物を含み、表面の少なくとも一部に炭素層が備えられたシリコン系粒子;および
前記シリコン系粒子上の少なくとも一部に備えられたLiFを含む層
を含み、
X線光電子分光法(XPS)による分析時、O対比Fの原子比(F/O比)は0.45以上であり、C対比Fの原子比(F/C比)は0.5以下である、負極活物質。
Silicon-based particles containing SiO x (0<x<2) and a Li compound and provided with a carbon layer on at least a portion of the surface; and a layer containing LiF provided on at least a portion of the silicon-based particles. including,
When analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the atomic ratio of F to O (F/O ratio) is 0.45 or more, and the atomic ratio of F to C (F/C ratio) is 0.5 or less. There is a negative electrode active material.
前記負極活物質のX線光電子分光法(XPS)による分析時、O対比Fの原子比(F/O比)は0.48以上2以下である、請求項1に記載の負極活物質。 The negative electrode active material according to claim 1, wherein when the negative electrode active material is analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the atomic ratio of F to O (F/O ratio) is 0.48 or more and 2 or less. 前記負極活物質のX線光電子分光法(XPS)による分析時、C対比Fの原子比(F/C比)は0超過0.3以下である、請求項1に記載の負極活物質。 The negative electrode active material according to claim 1, wherein when the negative electrode active material is analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the atomic ratio of F to C (F/C ratio) is more than 0 and 0.3 or less. 前記負極活物質の総100重量部を基準として、LiFを含む層は、0.5重量部以上5重量部以下で含まれる、請求項1に記載の負極活物質。 The negative electrode active material according to claim 1, wherein the layer containing LiF is included in an amount of 0.5 parts by weight or more and 5 parts by weight or less, based on a total of 100 parts by weight of the negative electrode active material. 前記シリコン系粒子とLiFを含む層との間にリチウム化合物が存在する、請求項1に記載の負極活物質。 The negative electrode active material according to claim 1, wherein a lithium compound is present between the silicon-based particles and the layer containing LiF. 前記リチウム化合物は、LiO、LiOH、およびLiCOからなる群より選択された1以上を含む、請求項5に記載の負極活物質。 The negative electrode active material according to claim 5, wherein the lithium compound contains one or more selected from the group consisting of Li2O , LiOH , and Li2CO3 . 前記LiFを含む層は、LiO、LiOH、およびLiCOからなる群より選択された1以上を含むリチウム化合物とHFの反応により形成される、請求項1に記載の負極活物質。 The negative electrode active material according to claim 1, wherein the layer containing LiF is formed by a reaction between HF and a lithium compound containing one or more selected from the group consisting of Li2O , LiOH, and Li2CO3 . 前記負極活物質の総100重量部を基準として、Liは0.1重量部~40重量部で含まれる、請求項1に記載の負極活物質。 The negative electrode active material according to claim 1, wherein Li is contained in an amount of 0.1 to 40 parts by weight based on a total of 100 parts by weight of the negative electrode active material. 前記炭素層は、前記負極活物質の総100重量部を基準として0.1重量部~50重量部で含まれる、請求項1に記載の負極活物質。 The negative electrode active material according to claim 1, wherein the carbon layer is included in an amount of 0.1 to 50 parts by weight based on a total of 100 parts by weight of the negative electrode active material. SiO(0<x<2)およびLi化合物を含み、表面の少なくとも一部に炭素層が備えられたシリコン系粒子を形成するステップ;および
前記シリコン系粒子とHF溶液を反応させ、前記シリコン系粒子上の少なくとも一部にLiFを含む層を形成するステップ
を含む、請求項1~9のいずれか一項に記載の負極活物質の製造方法。
forming silicon-based particles containing SiO x (0<x<2) and a Li compound and having a carbon layer on at least a portion of the surface; and reacting the silicon-based particles with an HF solution to The method for producing a negative electrode active material according to any one of claims 1 to 9, comprising the step of forming a layer containing LiF on at least a portion of the particles.
前記シリコン系粒子とHF溶液を反応させ、前記シリコン系粒子上の少なくとも一部にLiFを含む層を形成するステップは、前記シリコン系粒子上の少なくとも一部に備えられたリチウム化合物とHF溶液を反応させるステップを含む、請求項10に記載の負極活物質の製造方法。 The step of forming a layer containing LiF on at least a portion of the silicon-based particles by reacting the silicon-based particles with the HF solution includes reacting a lithium compound provided on at least a portion of the silicon-based particles with the HF solution. The method for producing a negative electrode active material according to claim 10, comprising a step of reacting. 請求項1~9のいずれか一項に記載の負極活物質を含む負極。 A negative electrode comprising the negative electrode active material according to any one of claims 1 to 9. 請求項12に記載の負極を含む二次電池。 A secondary battery comprising the negative electrode according to claim 12.
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